上海自动化仪表三厂热电偶测量误差及其注意事项

热电偶是zui简单、zui普通的温度传感器。 但是，如果在使用过程中不注意，也可能引起较大的测量误差。 针对目前存在的问题，详细探讨影响测量误差的因素:指出热电偶插入深度、响应时间、热辐射和热阻等热电偶线不均匀、鞘热电偶分流误差、k型热电偶选择氧化、k状态、使用环境、绝缘电阻和热电偶老化等使用中的注意事项。 有助于提高测量精度，延长热电偶的寿命。

1 .首先，传统测温系统中常用zui的温度传感器-热电偶，由于其结构简单，经常被误认为是“热电偶的2根线，连接结束”，但并非如此。 热电偶的结构简单，但在使用过程中会出现各种问题。 例如，如果安装和使用方法错误，会引起较大的测量误差，检定合格的热电偶也会因为操作错误，使用时不合格，或者在渗碳等还原性气氛中不注意的话，k型热电偶也会因为选择氧化而变得严重。

为了提高测量精度，减少测量误差，延长热电偶的寿命，使用者不仅要求具备仪表面的操作技能，还要求具备物理、化学、材料等多方面的知识。 作者在多年实践的基础上，参照有关资料详细介绍了热电偶的测量误差及其注意事项。 2 .测量误差的主要影响因素2.1插入深度的影响(1)测温点的选择热电偶的安装位置，即测温点的选择是zui的重要性。 测温点的位置在生产过程中必须是典型的、非典型的，否则会丧失测量和控制的意义。 (2)插入深度热电偶插入被测量场所后，沿传感器的长度方向产生热流。 环境温度低的话会有热损失。 热电偶与被测量对象的温度不一致，产生测温误差。 也就是说，热传导引起的误差与插入深度有关。 插入深度与保护管的材质有关。 金属保护管热传导性好，插入深度深(直径约15—20倍)，陶瓷材料绝热性好，可以插入浅(直径约10-15倍)。 关于工程的测温，其插入深度也与测量对象静止或流动等状态有关。 例如，流动的液体和高速气流的温度的测定不受上述限制。 插入深度可以很浅。 具体数值应由实验决定。

2.2响应时间的影响接触法测温的基本原理是测温元件与被测量者达到热平衡。 因此，测温时需要保持一定的时间，使两者达到热平衡。 保持时间的长度与测温元件的热响应时间有关。 热响应时间主要根据传感器的结构和测量条件而有很大差异。 对于气体介质，特别是静止气体，在为了取得平衡必须保持至少30min以上的液体中，zui也立即变成5min以上。

对于温度不断变化的被测场所，特别是瞬间变化的过程，全过程要求仅为1秒，传感器的响应时间要求为毫秒水平。 因此，一般的温度传感器不仅会使被测定对象的温度变化速度产生延迟，还会因未达到热平衡而产生测定误差。 zui最好选择响应快的传感器。 对热电偶来说，除保护管的影响外，热电偶的测量端径也是其主要因素，偶数线越细，测量端径越小，热响应时间越短。 测温元件的热响应误差可通过下式求出[1]。 δθ=δθ0exp(-t/τ)(2-1)式中的t-测定时间s、δθ-t时刻、测温元件引起的误差、k或℃δθ0-「t=0"时刻、测温元件引起的误差、k或℃τ-时间常数se-自然对数的底部(2.718 )，因此在t=τ的情况下，Δθ=Δθ0/e为0.368，在t=2τ的情况下，Δθ=Δθ0/e为0.368 当被测定对象的温度℃/s )上升或下降时，经过充分的时间之后，产生的响应误差以一定的速度α(k/s或Δθ∞=-ατ (2—2)式经过Δθ∞—充分的时间之后，用测温元件的误差表示。

由式(2-2)可知，响应误差与时间常数(τ)成比例. 为了提高检定效率，很多企业都采用了自动检定装置，对进入工厂的热电偶进行了检定，但是这个装置还不够完善。 二汽变速箱工厂的热处理厂，如果400℃的恒温时间不够的话，很容易误判为没有达到热平衡。

2.3热辐射的影响插入炉内的测温用热电偶被高温物体的热辐射加热。 炉内气体透明，而且热电偶和炉壁的温度差大时，会因能量交换而产生测温误差。 单位时间内两者交换的辐射能量为p，P=σε(Tw4 - Tt4 ) (2—3)式中σ-斯特藩-波尔兹常数ε-辐射率tt-热电偶的温度、K Tw—炉壁的温度、k单位时间内热电偶与周围的气体(温度t )对流因热传导而产生热交换的能量为p'p'=αa(t-Tt ) 在(2-4)式中α-热传导率a-热电偶的表面积正常的状态下，关于p=p '的误差，由于tt-t=σε(tt4-Tw4)/αγ(2-5)相对于单位面积为TT-t =σε( TT4- tw4) /α(2-6)，因此为了减少热辐射误差而增大热传导，尽可能减小炉壁温度tw 此外，安装时，请尽量避免固体的热辐射，避免热电偶表面辐射①热电偶的安装位置，希望热电偶zui带有热辐射屏蔽罩。

2.4热阻增加的影响高温下使用的热电偶，如果被测定介质为气体，则堆积在保护管表面的灰尘等溶解于表面，保护管的热阻增大的被测定介质为熔体，则在使用中熔渣堆积，不仅热电偶的响应时间增加，指示温度也降低。 因此，除定期检定外，为了减少误差，还需要经常进行吸引检查。